一种核电用高碱度不锈钢焊条的制作方法

1.本发明属于焊接材料领域，尤其是涉及一种核电用高碱度不锈钢焊条。


背景技术：

2.核电以污染少、温室气体接近零排放等优点，与水电、风电、太阳能和生物质能并称为高效清洁新能源。核电设备由于经常受核辐射，其焊条要求具有良好的焊接工艺性能，且焊缝具有较高的抗冲击性能。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明旨在提出一种具有优良抗冲击性能的和焊接工艺性能的核电用高碱度不锈钢焊条。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种核电用高碱度不锈钢焊条，包括焊芯和药皮，药皮涂敷于焊芯外壁，所述药皮占焊条总重量的20％-30％；
6.其中，以焊芯重量为基准，按重量的百分比计，所述焊芯的组分如下:c≤0.03％；si≤0.30％；mn：1.5-2.0％；p≤0.02％；s≤0.01％；cr:18.5-20.0％；ni:11.5-13.0％；mo:2.1-2.4％；co≤0.04％；o≤0.0030％；n≤0.0400％；余量为fe；
7.以药皮重量为基准，按重量的百分比计，所述药皮的组分如下:大理石30-40％；萤石30-40％；冰晶石0-1％；脱水长石3-7％；钛铁3-7％；铁粉10-15％；金属铬3-5％；镍粉0-1％；高碳铬铁2-3％；海藻酸钠0.5-1％；碱面0.5-1％；所述药皮的组分混合均匀后还加入粘结剂。
8.进一步，所述焊芯的组分包括:c:0.01-0.02％；si:0.1-0.2％；mn:1.5-2.0％；p≤0.02％；s≤0.01％；cr:18.5-20.0％；ni:11.5-13.0％；mo:2.1-2.4％；余量为fe。
9.进一步，所述粘结剂为钾钠水玻璃，其中k：na＝1:1。
10.进一步，粘结剂占药皮总重量的0.5％-5％。
11.进一步，焊条熔敷金属成分包括以下元素：c:0.04-0.05％；si:0.35-0.45％；mn:1.50-2.00％；p:0.005-0.010％；s:0.002-0.005％；ni:12.00-13.00％；cr:18.50-19.50％；mo:2.0-2.7％；cu:0.010-0.10；n:0.021-0.035％；o：0.020-0.040％；co：0.010-0.040％。
12.进一步，大理石的粒度为60目。
13.进一步，焊芯直径为2.5mm-5.0mm。
14.c是强的奥氏体形成元素，如果其含量过高对焊接性明显不利，容易形成碳化物降低耐蚀性；过低起不到耐热作用尤其对时效处理后冲击性能不利。在保证焊缝的韧性、耐腐蚀性及耐热性的前提下，将c限定在0.04-0.05％。
15.si是焊接过程中有效的脱氧元素当si小于0.20％时焊缝中容易产生气孔、夹渣等焊接缺陷；过高的si含量对焊条抗热裂纹不利。在焊接过程中，通过药皮作为脱氧剂过渡到
熔敷金属中是不成问题，其含量(熔敷金属的量)控制在0.35-0.45％。
16.p是对焊缝熔敷金属的机械性能带来恶劣的影响的杂质，在不锈钢中通过晶间析出降低不锈钢的耐腐蚀性，因此0.010％是作为杂质的允许上限。
17.s也是对焊缝熔敷金属的机械性能带来恶劣影响的杂质，在不锈钢中通过晶间析出降低不锈钢的耐蚀性。因此，s的含量不能大于0.0050％。
18.n(氮)是一种强的奥氏体形成元素，同时可以抑制高温区形成6一铁素体的奥氏体形成元素。在熔敷金属中适当提高n含量，可以降低贵重金属n i的含量，n具有固熔强化作用，提高强度，同时由于n是小的间隙型元素，焊缝在快速冷却时，n没有充分的时间去扩散，容易在焊缝中析出氮化物。考虑到芯线在冶炼过程中n含量达到的极限，以及焊接过程中n的增加量，熔敷金属中的n含量控制0.021-0.035％。
19.碳酸盐(包括碳酸钙)的主要作用为造渣和造气，当碳酸盐含量较低时，药皮的造气和造渣能力下降，对焊缝的保护作用降低，造成焊缝力学性能的下降，故本发明中碳酸盐的含量控制在30-40％；
20.氟化物(包括氟化钙、冰晶石)可以降低液态金属的表面张力，降低渣的熔点，提高渣的流动性，降低气孔形成的机率，提高焊缝的成型性。氟化物含量过低，焊缝成型不好，焊缝中易产生气孔，氟化物含量过高，电弧的稳定性不够，降低焊条的工艺性能。所以本发明焊条中氟化物的含量为30-40％；
21.二氧化硅可造渣，调节渣的覆盖性，但过量会降低力学性能，其含量控制在3-7％；
22.金属铬是通过药皮过渡至熔敷金属，可以有效地提高熔敷金属的强度，同时提高耐点腐蚀能力。当cr含量增加过高时，熔敷金属的韧性将会明显下降，因此药皮中的金属铬控制在3-5％之间；
23.铁粉的加入可以加速药皮的熔化速度，提高熔敷效率，由于本配方采用的是特殊碱性渣系，故可同时提高电弧稳定性，对o含量的降低也能起到一定作用，其含量控制在10-15％；
24.粘结剂采用钾钠水玻璃(k:na＝1:1)，可以起到稳弧的作用。
25.相对于现有技术，本发明所述的核电用高碱度不锈钢焊条具有以下优势：
26.本发明所述的核电用高碱度不锈钢焊条精确控制合金成分，确保焊缝组织比例，在严格按照规定的工艺焊接后，通过金相观察，焊缝组织中铁素体为3-6fn，该比例可满足工程应用要求；焊缝具有优异的力学性能，常温冲击可达90j以上。
27.本发明所述的核电用高碱度不锈钢焊条具有高韧性，在焊接时电弧稳定，飞溅少，焊缝成型美观，脱渣容易，焊条操作性能优异。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.下面将结合实施例来详细说明本发明。
30.本发明所述的核电用高碱度不锈钢焊条包括焊芯和药皮，其焊芯组份如下表1，药皮组分如下表2。
31.表1焊芯组份表(重量百分比％)
32.csimnpscr≤0.03≤0.301.5-2.0≤0.02≤0.0118.5-20.0nimocoonfe11.5-13.02.1-2.4≤0.04≤0.0030≤0.040余量
33.表2药皮组分表(重量百分比％)
[0034][0035]
本发明焊条芯线采用er316l超低碳焊芯，使用通用的手焊条制造生产工艺制作，药皮占焊条总重量的20-30％，芯线直径为2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm。
[0036]
以下以实施例1-4为例制备焊条并进行性能测定。
[0037]
表3焊芯成分表(重量百分比％)
[0038] 实施例1实施例2实施例3实施例4c0.0120.0120.0160.019si0.20.230.280.21mn1.891.921.951.95p0.0080.00780.010.0088s0.0060.00560.00620.0052cr19.319.2319.3319.5ni12.2512.5612.6612.68mo2.312.32.312.32co0.020.020.0210.018o0.0010.00110.00180.0023n0.0250.0250.0230.024fe余量余量余量余量
[0039]
表4各实施例的药皮成分(重量百分比％)
[0040] 实施例1实施例2实施例3实施例4大理石33403532萤石30313537冰晶石0.500.20脱水长石533.64.3钛铁53.14.33.8
铁粉131113.514铬3.543.43.6镍粉0.70.60.81高碳铬铁2.22.32.22.4海藻酸钠0.80.50.80.8碱面0.710.80.8
[0041]
表5熔敷金属成分表(重量百分比％)
[0042] 实施例1实施例2实施例3实施例4c0.040.0420.040.046si0.380.40.380.43mn1.431.51.411.45p0.00840.00830.0130.0092s0.00280.00290.00260.0027cr18.918.7918.9318.95ni12.312.4612.5912.6mo2.412.42.362.39co0.0320.0330.0320.034o0.0340.0310.0370.036n0.0460.0430.0430.042fe余量余量余量余量
[0043]
表6实施例之熔敷金属力学性能
[0044][0045]
核电热交换器用奥氏体不锈钢焊条，焊态熔敷金属按astm a370进行室温cv冲击试验，验收指标：cv冲击吸收能量(单个值)≥90j。采用本发明焊条进行焊接，焊缝具有优异的力学性能，抗拉强度可以达到580mpa，延伸率达到35％，常温冲击120j。该焊条可广泛应用于热交换器等焊接材料。
[0046]
本发明控制配方碱度b＞2.5，同时对焊心及原材料o、n含量严格控制，来获得纯净的焊缝金属，从而提高焊缝冲击性能，对问题加以解决。
[0047]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。